1.1.3 電子裝備機械結構設計存在的問題

如上所述，作為電子裝備電性能實現的載體與保障，其機械結構設計與制造的首要任務就是要明確影響電性能的主要因素與主要矛盾，進而設法解決它。

1.結構設計時常滯后于電磁（氣）設計

從電子管到晶體管，再到集成電路，電子產品設計經歷了幾次大的歷史性跨越，出現了電子裝備高密度、小型化的新趨勢。然而，由于結構設計仍以經驗設計為主，致使承載電子元器件的機箱機柜的形式多年來變化不大，表現為新一代高功率、高密度電子組裝模塊仍被安裝在老式機箱中，通風散熱、電磁屏蔽問題突出，裝備結構難以很好地滿足現代高性能電子裝備的需求。

例如，集成電路設計和制造技術使得空警-2000預警機的相控陣天線中2000多個T/R組件僅重1.2t，而結構總重卻達13.5t，其中的傳輸電纜就重達3t。這從一個側面表明，裝備結構設計理論與技術的發展滯后于電氣設計理論與方法的發展，已成為制約電子裝備性能提升的主要矛盾。

電子裝備工作處于多場耦合的環境中，而僅從單一學科或技術進行研究，難以獲得系統的優化。從多學科交叉融合與多域技術跨界的角度出發，兼顧可靠性與人機工程，尋求面向全性能和全系統的電子裝備優化方法，是現代電子裝備結構設計理論與方法的研究重點，但該方法在電子裝備研制中的應用還很有限。

隨著科技的進步和研究的需要，機、電、熱等學科的分析軟件大量出現，虛擬樣機技術、數字孿生技術方興未艾。異構軟件的三維數字化集成設計、具有沉浸感的虛擬環境仿真、虛實融合的數字孿生樣機，必將為現代電子裝備機械結構的創新設計提供有力的技術支撐，但其距型號研制應用還有距離。

2.對多物理場耦合的認識不足

在現代方艙、高密度組裝系統、機箱、機柜設計中，遇到的一個理論問題是結構位移場、溫度場與電磁場間的三場耦合。

在新概念、新體制雷達中，電磁信號的發射、接收、傳輸、增強、消減、隔離、跟蹤、干擾、反干擾等性能的實現，都涉及作為其載體的特殊機械載體的結構位移場、電磁場、溫度場的相互耦合問題。

大型反射面天線、高密度陣列（有源、無源）天線等由于重力、風荷等因素而產生的結構位移場，對天線的電性能有顯著影響。同時，高功率T/R組件產生的熱，不僅會影響電磁場，而且熱不均勻性還會引起天線變形，進而影響電磁場。此外，星載天線在太空承受非常大的溫差，使得在常溫下設計的天線性能無法在太空環境中得到保證。

在電子裝備結構的傳統設計中，由于設計人員對場耦合關系缺乏深刻的認識，結構設計、電氣設計與加工工藝要分離進行。電氣設計人員為了滿足裝備的電性能指標要求，往往對結構和工藝設計提出比較苛刻的要求，結果造成加工難度大，制造成本高。面對電子裝備中日益嚴重的場耦合問題，現有的電磁設計、機械結構設計和工藝設計相分離的傳統模式顯得無能為力。

3.抗惡劣環境能力不足

電子裝備的抗惡劣環境能力主要包括三個方面的問題：熱控制、電磁兼容以及抗沖擊振動。

熱控制問題：電子裝備呈現出的高密度、高功率、小型化發展趨勢，使得熱控問題越來越突出。據不完全統計，在電子裝備發生的故障中，有60%左右的故障是由于裝備結構造成的，而在裝備結構故障中，散熱失效等引起的故障又占50%左右。傳統的結構散熱設計往往無法滿足要求，這不僅需要探索新的散熱策略、途徑與方式，而且應發現新型導熱材料。

電磁兼容問題：電子裝備工作頻段不斷升高，使得電磁輻射問題越來越不可忽略。在目前的電子裝備結構設計中，缺少有關輻射的設計規范，往往是憑經驗進行的，等到產品出來之后，發現輻射超標，再尋找補救措施或降低標準。在機箱機柜中，模塊怎樣擺放有利于散熱？在印制電路板上，線路怎樣排布可降低電磁干擾？可以保障信號完整性？這些都是需要下功夫解決的問題。因此，我們還需要深入研究電子裝備的電磁兼容性設計理論與方法，電磁兼容性分析和預測的數值仿真專用行業軟件，高屏蔽效能、抗強電磁干擾以及防信息泄露與電氣互聯等技術。

抗沖擊振動問題：電子裝備安裝平臺的多元化使得對其抗沖擊振動的要求越來越高。例如，艦載密集陣武器系統的1130轉管炮每分鐘發射上萬發炮彈，導致與火炮固連的跟蹤與制導雷達產生強烈振動，嚴重影響雷達對目標的跟蹤精度。此外，機載、星載（發射時）、艦載、車載等惡劣環境對機箱機柜產生高強度的振動與沖擊。這些無疑對高效振動防護與控制技術提出了新的挑戰。

4.結構設計與控制系統設計分離

在傳統電子設備伺服系統設計中，機（結）構設計與控制設計分離，設計人員缺乏將結構與控制進行集成設計的意識，同時也缺少相應的設計理論與方法，其結果是機電參數難以優化匹配，結構與控制不能很好地協調。

為實現雷達波束的高精度、快響應的目標，要求相應的支撐座架與伺服系統具有精確的跟蹤、定位精度和很高的跟蹤速度。對此，定性地講，機械結構參數、裝配精度、摩擦、齒隙等因素都對伺服系統的性能產生影響，但具體設計是需要定量的，這就需要探明具體的影響機理，進而指導工程實際。

5.電子裝備分析與設計的工業軟件欠缺

電子裝備分析與設計需要多種工業軟件工具的支持，否則，難以做到量化分析與精確設計，創新也就無從談起。遺憾的是，目前可用的高端工業軟件大多依賴進口，據不完全統計，目前我國高端制造業中的電子、航空、機械領域的研發設計軟件大多為外購，對外依賴率分別高達90%、85%及70%。與電子裝備設計分析緊密相關的，如計算機輔助設計與造型的CAD（UG、Pro/E、CATIA、Ideas）、結構與機械分析的ANSYS/ADAMS、熱分析的FloTHERM/ICEPAK、電磁分析的HFSS/FEKO對外依賴率較高，這對我們實現科技自立自強是非常不利的。為此，亟待研制面向電子裝備分析與設計的知識型工業軟件，逐步并最終擺脫對國外軟件的依賴。